DE3709878A1 - Kupplung zwischen einem werkzeugkopf und einem werkzeugtraeger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugträger weist der Werkzeugträger eine Aufnahme bzw. eine Ausnehmung auf, während der Werkzeug­ kopf mit einem Zapfen-Schaftteil versehen ist. Zur Verbin­ dung des Werkzeugkopfes mit dem Werkzeugträger wird das Zapfen-Schaftteil in die Aufnahme koaxial eingesetzt und mittels zweier quer zur Längsrichtung des Werkzeugträgers verlaufender Schrauben, d. h. einer Spannschraube und einer Kegelschraube, miteinander verspannt. Aufgrund der Tatsache, daß dabei quer zur Werkzeugträgerlängsachse gerichtete Schraubenkräfte in zur Werkzeugträgerlängsachse parallele Spannkräfte umgesetzt werden, ist an der Verbin­ dungsstelle ein komplizierter räumlicher Spannungszustand vorhanden, so daß eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Kontaktfläche schwer zu erreichen ist. Des weite­ ren kann die Höhe der axial gerichteten Spannkraft nicht ermittelt werden, so daß es sehr leicht zu einem Überdre­ hen der Schraubverbindung bzw. einer zu geringen Verspan­ nung kommen kann. Zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen dem Werkzeugträger und dem Werkzeugkopf muß ein weiteres Bauteil in Form eines exzentrisch angeordneten Positionierstiftes vorgesehen sein. Die Vielzahl von Bau­ teilen ist darüber hinaus einer wirtschaftlichen Nutzung der Kupplung abträglich.

Die Spannschraube und die Kegelschraube liegen jeweils derart an der Oberfläche des Werkzeugträgers, daß sie bei Betrieb, beispielsweise bei spanender Bearbeitung eines Werkstücks, mit Spänen und anderen Verunreinigungen in Kontakt kommen können. Dadurch unterliegen sie einem rela­ tiv großen Abrieb. Beim Eindringen von feinen Spänen bzw. von Metallstaub in die Gewindeabschnitte der Schrauben ist eine zuverlässige Schraubverbindung nicht mehr gewähr­ leistet und es kann zu einer Zerstörung der Gewinde kom­ men.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugträger zu schaffen, die in möglichst einfacher Weise eine sichere gegenseitige Verspannung der Bauteile gewährleistet und bei der ein komplizierter räumlicher Spannungszustand an der Verbindungsstelle weitestgehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kupplung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Eine Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werk­ zeugträger gemäß Anspruch 1 gewährleistet eine schnelle und sichere Auswechselbarkeit eines Werkzeugkopfes, wobei im wesentlichen nur axial gerichtete Spannkräfte auftre­ ten. Durch die Verwendung eines Drehmomentschlüssels sind dabei vorbestimmte Vorspannkräfte erzielbar, wodurch eine an bestimmte Gegebenheiten angepaßte Verbindung zwischen dem Werkzeugkopf und dem Werkzeugträger möglich ist.

Durch die Ausbildung eines Zentrierabschnittes gemäß Anspruch 2 ist eine genaue Ausrichtung des Werkzeugkopfes bezüglich des Werkzeugträgers erreichbar, ohne die schnel­ le Auswechselbarkeit des Werkzeugkopfes zu beeinträchti­ gen.

Durch eine Anordnung des Befestigungsbolzens gemäß Anspruch 3 ist dieser weitestgehend vor dem Eindringen von Verunreinigungen geschützt. Wenn darüberhinaus die Bohrung, über die der Befestigungsbolzen zugänglich ist, von einer Kühlkanalbohrung gebildet ist, kann ein Eindrin­ gen von Verunreinigungen vollständig vermieden werden, da die Kühlkanalbohrung bei Betrieb ständig durchströmt ist. Des weiteren ist durch diese Kühlung ein Festbrennen der Gewinde des Befestigungsbolzens infolge einer Überhitzung wirkungsvoll verhindert.

Die Anordnung des Dichtungselementes gemäß Anspruch 10 stellt sicher, daß an der Verbindungsstelle zwischen dem Werkzeugkopf und dem Werkzeugträger kein Kühlmittel oder ein sonstiges, im Inneren befindliches Fluid unbeabsich­ tigterweise austreten kann.

Insbesondere in der Ausgestaltung der Kupplung mit dem Zentrierabschnitt, der sich vorzugsweise zwischen den Gewindeabschnitten befindet, eignet sich die Kupplung im besonderem Maße für die Verbindung von Präzisionswerkzeug­ köpfen mit Universalschäften von Werkzeugmaschinen. Die Positioniergenauigkeit der Schneiden des Werkzeugkopfes läßt sich dabei mit einem Paar diametral gegenüberliegen­ der Zentrierabschnitte in den µm-Bereich steigern.

Weitere Ziele, Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugträger in Schnittdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Fig. 1b den gelösten Zustand und die Fig. 1a den zusammengebauten Zustand der Kupplung zeigt,

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Kupplung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugträgers in Richtung der Pfeile I in Fig. 1 und

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugkopfes in Richtung des Pfeils II in Fig. 1.

Gemäß den Figuren weist ein Werkzeugträger in Form eines Spiralenkörpers 1 eine im wesentlichen zylindrische Form auf und besteht aus einem metallischen Werkstoff, bevor­ zugterweise aus Stahl. Der Spiralenkörper 1 ist dabei mit spiralenförmigen Nuten versehen. Entlang seiner Längsachse X-X ist eine Mittelbohrung 4 ausgebildet, über die bei Betrieb ein Kühlmittel zugeführt wird. An seinem gemäß Fig. 1 linken Ende weist der Spiralenkörper 1 eine Aus­ nehmung 1 b auf, die von Ringsegmentabschnitten 1 a begrenzt ist.

Ein Werkzeugkopf in Form eines Spiralenkopfes 2, der an seinem gemäß Fig. 1 linksseitigen Ende mit Bohrschneiden oder ähnlichem versehen sein kann und ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff, etwa Stahl oder einem Hartmetall, besteht, weist zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Kühlkanalbohrungen 5 auf, die parallel zur Längsachse X-X verlaufen und mittels eines Querkanals 5 a untereinander und mit einer Mittelbohrung 3 in Verbindung stehen. An seinem dem Spiralenkörper 1 zugewandten Ende weist der Spiralenkopf 2 eine Abstufung 2 a auf, die in ihrer Form an die Ausnehmung 1 b angepaßt ist. Auf diese Weise ist der Spiralenkopf 2 mit seiner Abstufung 2 a in die Ausnehmung 1 b des Spiralenkörpers 1 einsetzbar, wobei dessen Ringseg­ mentabschnitte 1 a in Anlage mit einer Anlagefläche 2 b des Spiralenkopfs 2 geraten. Wenn der Spiralenkopf 2 in den Spiralenkörper 1 eingesetzt ist, befinden sich die Mittel­ bohrungen 3 und 4 in Fluchtung miteinander, so daß die Mittelbohrung 4 über die Mittelbohrung 3 und den Querkanal 5 a mit den Kühlmittelbohrungen 5 in Verbindung steht. Zwischen dem Spiralenkörper 1 und dem Spiralenkopf 2 kann zu Dichtungszwecken um die Mittelbohrungen 4 bzw. 5 herum ein Dichtungselement 11 angeordnet sein.

In dem Spiralenkopf 2 ist jeweils in Fluchtung mit den Kühlkanalbohrungen 5 eine erste Bohrung 7 ausgebildet, die mit einem ersten Gewinde 7 a in Form eines Innengewindes versehen ist. Demgemäß ist der Spiralenkopf 2 von Bohrun­ gen, die von den in Fluchtung befindlichen ersten Bohrun­ gen 7 und den Kühlkanalbohrungen 5 gebildet sind, durchdrungen. Die Lage der Achse der Kühlkanalbohrung 5 und der ersten Bohrung 7 ist derart gewählt, däß die erste Bohrung 7 im wesentlichen im Zentrum des Bohrersteges (Fig. 3) auf der dem Werkzeugträger 1 zugewandten Seite austritt und die Kühlkanalbohrung 5 von einer Freifläche des Werkzeugkopfes 2 ausgeht. Auf der dem Spiralenkörper 1 zugewandten Seite ist die erste Bohrung 7 mit einem gewin­ delosen Abschnitt größeren Durchmessers, d.h. einer Auf­ weitung 9 versehen.

In dem Spiralenkörper 1 sind zwei zweite Bohrungen 8 ausgebildet, die parallel zur Längsachse X-X verlaufen und mit einem zweiten Gewinde 8 a in Form eines Innengewindes versehen sind. Auf der dem Spiralenkopf 2 zugewandten Seite ist die zweite Bohrung 8 mit einem gewindelosen Abschnitt größeren Durchmessers, d.h. einer Aufweitung 6 versehen. Der Durchmesser der Aufweitung 6 entspricht dabei dem Durchmesser der Aufweitung 9. Wenn der Spiralen­ kopf 2 in die Ausnehmung 1 b des Spiralenkörpers 1 einge­ setzt ist, befinden sich die Kühlkanalbohrungen 5, die ersten Bohrungen 7, die Aufweitungen 6 und 9 sowie die zweiten Bohrungen 8 in Fluchtung miteinander. Die ersten und zweiten Gewinde 7 a bzw. 8 a sind dabei als gleichgän­ gige Gewinde ausgebildet, die eine unterschiedliche Gewin­ desteigung aufweisen.

Eine Spannschraube bzw. ein Befestigungsbolzen 10 weist einen ersten Außengewindeabschnitt 10 a, einen zweiten Außengewindeabschnitt 10 b und einen Bolzen- bzw. Zentrier­ abschnitt 10 c auf. Die Spannschraube 10 ist mit dem ersten Außengewindeabschnitt 10 a in die erste Bohrung 7 und mit dem zweiten Außengewindeabschnitt 10 b in die zweite Bohrung 8 einschraubbar. Des weiteren ist der Durchmesser des Bolzenabschnitts 10 c an den Durchmesser der Aufwei­ tungen 6 und 9 angepaßt.

Mittels der Spannschraube 10 wird der Spiralenkopf 2 auf dem Spiralenkörper 1 in nachfolgend beschriebener Weise festgespannt:

Die Spannschraube 10 wird im gelösten Zustand der Kupplung in den Spiralenkörper 1 über den Eingriff des zweiten Außengewindeabschnittes 10 b in das zweite Gewinde 8 a der zweiten Bohrung 8 eingeschraubt, wobei der Bolzenabschnitt 10 c in der Aufweitung 6 spielfrei aufgenommen ist. Dann wird der Spiralenkopf 2 mit der Abstufung 2 a in die Aus­ nehmung 1 b des Spiralenkörpers 1 eingesetzt, wobei zwi­ schen dem Spiralenkopf 2 und dem Spiralenkörper 1 ein Spalt verbleibt. Dieser Zustand ist in Fig. 10 darge­ stellt.

Über die Kühlkanalbohrung 5 wird ein Werkzeug zum Drehen der Spannschraube 10, beispielsweise ein Imbusschlüssel, eingeführt, das mit der Spannschraube 10 in geeigneter Weise in Wirkverbindung treten kann. Durch Drehen der Spannschraube 10 wird diese einerseits aus der zweiten Bohrung 8 heraus- und andererseits in die erste Bohrung 7 hineingeschraubt, wobei der Bolzenabschnitt 10 c der Spann­ schraube 10 derart in den Aufweitungen 6 und 9 verschoben wird, daß er teilweise in der Aufweitung 6 und teilweise in der Aufweitung 9 aufgenommen ist, wodurch er eine Zentrierwirkung ausübt. Da das erste und das zweite Gewin­ de 7 a und 8 a bzw. der erste und der zweite Außengewindeab­ schnitt 10 a und 10 b eine unterschiedliche Gewindesteigung aufweisen, wobei die Gewindesteigung des ersten Gewindes 7 a größer als die Gewindesteigung des zweiten Gewindes 8 a ist, werden der Spiralenkopf 2 und der Spiralenkörper 1 aufeinander zu bewegt. Nach Anlage der Ringsegmentab­ schnitte 1 a an die Auflagefläche 2 b werden der Spiralen­ kopf 2 und der Spiralenkörper 1 gegeneinander verspannt, wodurch sie in ihrer gegenseitige Lage fixiert sind. Dabei stützen sie sich in axialer Richtung über die Ringsegment­ abschnitte 1 a bzw. die Auflagefläche 2 b ab. Der zusammen­ gebaute Zustand der Kupplung ist in Fig. 1a dargestellt. Dabei ist zu erkennen, daß das Dichtungselement aufgrund der herrschenden Spannkräfte in seiner Lage fixiert ist und daß der Bolzenabschnitt 10 c aufgrund sei­ ner Lage im zusammengebauten Zustand den Spiralenkopf 2 und den Spiralenkörper 1 gegenseitig zentriert.

Mittels der Wahl geeigneter, unterschiedlicher Gewinde­ steigungen der gleichgängigen Gewinde ist es möglich, Übersetzungen gewünschter Größe zu erzielen. Im befestig­ ten Zustand wirken somit im wesentlichen nur axiale Kräfte und die bei Gebrauch auftretenden Axial- und Torsions­ kräfte werden durch das gleiche Bauteil aufgenommen, wodurch ein einfacher Kraftfluß und Spannungsverlauf ge­ währleistet und ein Auftreten komplizierter räumlicher Spannungszustände weitgehend vermieden ist.

Die Kupplung zwischen dem Werkzeugkopf bzw. dem Spiralen­ kopf und dem Werkzeugträger bzw. dem Spiralenträger ermög­ licht ein schnelles und sicheres Auswechseln des Werkzeug­ kopfes im Bedarfsfall, wobei bei Verwendung eines Drehmo­ mentenschlüssels reproduzierbare Vorspannkräfte erreicht werden können.

Da die Spannschraube nur über die Kanäle zugänglich ist, durch die bei Betrieb ein Kühlmittel fließt und die dadurch ständig gespült sind, ist ein Vordringen von Ver­ unreinigungen oder Metallspänen zur Spannschraube verhin­ dert, wodurch diese nur einem geringen Abrieb bzw. Ver­ schleiß unterliegt.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es möglich, statt zweier Spannschrauben und den entsprechenden Bohrun­ gen eine Vielzahl von Spannschrauben anzuordnen. Dadurch werden die an den einzelnen Spannschrauben auftretenden Kräfte und Spannungen erheblich vermindert, wodurch diese entweder kleiner ausgebildet werden können oder bei Beibe­ haltung ihrer Größe eine größere Kraft übertragen können.

Eine Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werk­ zeugträger weist zur Grobpositionierung eine Aufnahme- Zapfen-Verbindung auf. Mittels zumindest eines in Axial­ richtung des Werkzeugträgers verlaufenden Befestigungsbol­ zens wird der Werkzeugkopf mit dem Werkzeugträger ver­ spannt. Dabei tritt der Befestigungsbolzen über eine erste Gewindeverbindung mit dem Werkzeugkopf und über eine zweite Gewindeverbindung mit dem Werkzeugträger in Ein­ griff wobei die erste und die zweite Gewindeverbindung gleichgängige Gewinde unterschiedlicher Steigung aufwei­ sen, so daß bei Anziehen des Befestigungsbolzens der Werk­ zeugträger und der Werkzeugkopf in Axialrichtung miteinan­ der verspannt werden. Des weiteren weist der Befestigungs­ bolzen einen Zentrierabschnitt auf, der im zusammengebau­ ten Zustand der Kupplung den Werkzeugkopf bezüglich des Werkzeugträgers zentriert. Der Befestigungsbolzen ist im zusammengebauten Zustand der Kupplung in seiner Gesamtheit im Inneren der aus Werkzeugträger und Werkzeugkopf gebil­ deten Einheit aufgenommen und nur über eine Bohrung zu­ gänglich. Vorteilhafterweise dient diese Bohrung auch als Kühlkanalbohrung, so daß sie bei Gebrauch von einem Kühl­ mittel durchströmt ist, wodurch das Eindringen von Verun­ reinigungen in die Kupplung ausgeschlossen ist.

Claims (11)

1. Kupplung zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugträger, wobei der Werkzeugkopf und der Werkzeug­ träger mittels einer Steckverbindung in Form einer Aus­ nehmung und eines Vorsprunges koaxial ineinandergesteckt und mittels zumindest eines Befestigungsbolzens miteinan­ der verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ festigungsbolzen (10) in Axialrichtung des Werkzeugträgers (1) verläuft und über ein erstes Gewinde (10 a) mit dem Werkzeugkopf (2) sowie über ein zweites Gewinde (10 b) mit dem Werkzeugträger (1) in Eingriff bringbar ist, wobei das erste Gewinde (10 a) und das zweite Gewinde (10 b) gleich­ gängige Gewinde mit unterschiedlicher Steigung sind, so daß beim Anziehen des Befestigungsbolzens (10) der Werk­ zeugträger (1) und der Werkzeugkopf (2) in Axialrichtung miteinander verspannt sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsbolzen (10) einen Zentrierabschnitt (10 c) aufweist der zur Zentrierung des Werkzeugträgers (1) bezüglich des Werkzeugkopfes (2) im zusammengebauten Zustand der Kupplung teilweise in einer Bohrung (6) des Werkzeugträgers (1) und teilweise in einer Bohrung (9) des Werkzeugkopfes (2) spielfrei aufgenommen ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Befestigungsbolzen (10) im zusammenge­ bauten Zustand der Kupplung in seiner Gesamtheit im Inne­ ren der aus Werkzeugträger (1) und Werkzeugkopf (2) gebil­ deten Einheit aufgenommen und nur über eine Bohrung (5) zugänglich ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5) in Axialrichtung des Werkzeugkopfes (2) verläuft.

5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (5) eine Kühlkanalbohrung ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5) bei Gebrauch der aus Werkzeugträger (1) und Werkzeugkopf (2) gebildeten Einheit von einem Fluid durchströmt ist.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (2) mit dem Werkzeug­ träger (1) mittels zweier diametral entgegengesetzt ange­ ordneter Befestigungsbolzen (10) verspannt ist.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (1) und/oder der Werkzeugkopf (2) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (1) und/oder der Werkzeugkopf (2) aus Hartmetall besteht.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Werkzeugträger (1) und dem Werkzeugkopf (2) ein Dichtungselement (11) angeordnet ist.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindesteigung des ersten Gewindes (10 a) größer als die Gewindesteigung des zweiten Gewindes (10 b) ist.